MTIMTD 多普勒處理課件

1、+定義：+多普勒處理指的是對(duì)接收到的某一個(gè)固定距離單元、一段時(shí)間內(nèi)的（對(duì)應(yīng)于幾個(gè)脈沖）的信號(hào)進(jìn)行濾波或譜分析處理+一般來說，來自于一個(gè)距離單元的慢時(shí)間信號(hào)包含噪聲、雜波以及一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)信號(hào)。+多普勒是周期的，其周期等于脈沖重復(fù)頻率（PRF）+雜波區(qū)：以雜波為主要干擾+清潔區(qū)：以噪聲為主要干擾+過度區(qū)：噪聲和雜波都是主要的干擾靜止的目標(biāo)會(huì)出現(xiàn)在零多普勒頻率比處，而運(yùn)動(dòng)目標(biāo)則會(huì)出現(xiàn)在譜的任何位置，這取決于他們相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度。+雜波、目標(biāo)和噪聲的相對(duì)幅度的關(guān)系： 目標(biāo)信號(hào)幅度高出噪聲電平（信噪比1）； 目標(biāo)信號(hào)幅度低于雜波幅度（信雜比1）+多普勒處理用來在多普勒域分離開目標(biāo)和雜波信號(hào)，雜波信

2、號(hào)可以被直接濾除掉，保留下來的目標(biāo)信號(hào)便成為最強(qiáng)的信號(hào)。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示（運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示（MTI）+運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示指的是完全在時(shí)域?qū)β龝r(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理的情況。MTI處理需要較低的運(yùn)算量，但只能獲得有限的信息。脈沖多普勒處理（脈沖多普勒處理（MTD)+脈沖多普勒處理指的是在多普勒域?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理。MTD要求較大的運(yùn)算量，但能獲得更多的信息和更高的信干比（SIR)+整個(gè)雜波的多普勒譜都有了偏移，偏移量為地面相對(duì)于雷達(dá)的標(biāo)稱多普勒頻率。即：+主瓣展寬為：+其中 為雷達(dá)視線的矢量和平臺(tái)速度矢量之間的夾角， 為用rad表示的天線波束寬度。運(yùn)動(dòng)雷達(dá)平臺(tái)的多普勒譜+主瓣雜波（MLC)旁瓣雜波（slc）和高度線（AL

3、）變得非常明顯+旁瓣雜波：天線的旁瓣發(fā)射脈沖和接收的雜波回波+高度線雜波：徑直向下的指向地面的天線旁瓣發(fā)射能量和接收的地面回波。因此高度線雜波所指向地面的 徑向速度為0，因此對(duì)應(yīng)的多普勒頻率為0，并且與平臺(tái)速度或雷達(dá)的觀測方向無關(guān)。+高度線雜波： 雖然是由天線的旁瓣接收和發(fā)射的，但由于其相對(duì)較短的垂線距離和垂直入射的大多數(shù)雜波的高反射率，高度線雜波仍表現(xiàn)出較強(qiáng)的能量。+旁瓣雜波 旁瓣雜波不會(huì)出現(xiàn)在靜止雷達(dá)中，這是由于其來自旁瓣的地面回波的多普勒頻率為0，因此他成為主瓣雜波的一部分。高度線雜波也總是出現(xiàn)在零多普勒頻率處，因此也與主瓣雜波混在一起不可分辨，直到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)使得主瓣雜波搬移到多普勒的其他

4、不同部分。 +在許多的系統(tǒng)中，雜波的標(biāo)稱多普勒頻率Fd（即雜波多普勒中心）通常需要估計(jì)出來，然后再利用序列 對(duì)慢時(shí)間序列進(jìn)行調(diào)制預(yù)處理，然后把雜波譜中心搬移到零多普勒頻率處。+其中有一個(gè)目標(biāo)折疊進(jìn)入雜波區(qū)，另外的兩個(gè)目標(biāo)只是與噪聲進(jìn)行競爭。+注意：+1.前面討論的多普勒譜特征不一定全部出現(xiàn)在同一個(gè)距離單元內(nèi)+2.高度線雜波一般出現(xiàn)在近距離單元內(nèi)，這是由于雷達(dá)到地面的垂線距離相對(duì)較短+3.主瓣雜波會(huì)散步在多個(gè)距離單元內(nèi)，并且取決于雷達(dá)的觀測方向+4.旁瓣雜波會(huì)占據(jù)較多的距離單元，雜波特性隨距離變化劇烈。+二維數(shù)據(jù)矩陣中的每一列都對(duì)應(yīng)與一個(gè)脈沖回波的連續(xù)采樣，即連續(xù)的距離門或快時(shí)間。+對(duì)每一行進(jìn)行

5、采樣成為慢時(shí)間或脈沖數(shù)維。+快時(shí)間或距離維的采樣率至少為發(fā)射脈沖的帶寬+慢時(shí)間或數(shù)據(jù)維數(shù)的采樣按雷達(dá)的脈沖重復(fù)間隔進(jìn)行采樣。對(duì)于每個(gè)天線，相位中心都接收一個(gè)類似的數(shù)據(jù)矩陣。MTI處理器是對(duì)慢時(shí)間數(shù)據(jù)序列進(jìn)行一個(gè)線性濾波處理，以抑制數(shù)據(jù)中的雜波分量。上圖描繪了MTI的處理過程。MTI處理所需要的濾波器可以由上圖來表示。假定已經(jīng)利用平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和場景的幾何信息吧雜波多普勒中心搬移到零多普勒頻率處。顯然，高通濾波器可以衰減雜波，而沒有濾掉位于多普勒清潔區(qū)中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。+經(jīng)過高通MTI濾波器的輸出成為一個(gè)新的慢時(shí)間信號(hào)，它包含噪聲以及可能存在的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。再經(jīng)過一個(gè)門限檢測器，就可以表明目標(biāo)的存

6、在。+但是MTI處理只能給出目標(biāo)是否存在的判決信息，即它能表明目標(biāo)的存在，但不能確定目標(biāo)是朝向還是背向雷達(dá)運(yùn)動(dòng)，或以多大的徑向速度運(yùn)動(dòng)。+Mti處理非常的簡單、運(yùn)算量較低。盡管處理形式簡單，但經(jīng)過一個(gè)精心設(shè)計(jì)的MTI處理器還是能夠把信雜比（SCR） 改變幾分貝或者20分貝。對(duì)于某些雜波環(huán)境。甚至改善的更多Ym是一個(gè)離散的時(shí)間序列，其有效采樣時(shí)間間隔T等于脈沖重復(fù)間隔。此有線沖擊響應(yīng)為 ，把 帶入傳遞函數(shù)中，得到以模擬頻率F為變量的頻率響應(yīng)函數(shù) 所以得到二脈沖MTI對(duì)消器的頻率響應(yīng)模擬頻率F的范圍為-1/2T1/2T,f的范圍為-0.50.5+所有的離散時(shí)間濾波器，其頻率響應(yīng)都是周期的，其周期為

7、1（對(duì)于歸一化的周期頻率f）或2pi（對(duì)于歸一化的角頻率W）或1/T=PRF(對(duì)于是實(shí)際的模擬頻率F)+二脈沖對(duì)消器是一個(gè)簡單的濾波器，它的實(shí)現(xiàn)不需要乘法運(yùn)算，每一個(gè)輸出采樣只需要一次減法運(yùn)算。是一個(gè)很差的高通濾波器+三脈沖對(duì)消器可以很好的改善零多普勒附近的凹口寬度，但不能改善非零處的多普勒頻率處的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的響應(yīng)。+N脈沖對(duì)消器可以通過級(jí)聯(lián)N-1個(gè)二脈沖對(duì)消器而獲得。N脈沖對(duì)消器的傳遞函數(shù)為：盡管結(jié)構(gòu)簡單，但對(duì)于中等到較高脈沖間的相關(guān)性的雜波，二脈沖和三脈沖還是非常有效地。二脈沖對(duì)消器的輸出功率衰減了13.4db。三脈沖對(duì)消器的輸出功率衰減了21.9db+既然MTI濾波的目的是為了改善信雜比，那么匹配濾波器的概念可以用來設(shè)計(jì)MTI濾波器使濾波輸出信干比最大化的濾波器的系數(shù)矢量h即為匹配濾波器的權(quán)矢量。考慮一個(gè)一階（N=2）的匹配濾波器。假定干擾wm包含功率 （方差）為 的零均值平穩(wěn)白噪聲nm和功率為 的零均值平穩(wěn)色雜波cm.即：2n2c+由于噪聲和雜波為零均值且互不相關(guān)，而且噪聲為白色，所以：+因此得到最優(yōu)二脈沖濾波器的權(quán)系數(shù)矢量為：盲速會(huì)出現(xiàn)在距離